JP2021089180A - Target detection device and target detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置および物標検出方法に関する。 The present invention relates to a target detection device and a target detection method that transmit a transmitted wave and detect a target based on the reflected wave.
従来、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置が知られている。この種の物標検出装置では、探知対象の角度範囲における物標の位置を検出するために、当該角度範囲における反射波の到来方向を特定する必要がある。その方法として、たとえば、送信波の波長の半分以上のピッチで複数の送波素子が配置された送波アレイを用いることができる。このように送波素子のピッチを調整することにより、グレーティングローブが生成される。グレーティングローブは、送波アレイの正面方向に対して所定角度だけ傾いた方向に生じる。送波素子のピッチを調整することにより、グレーティングローブの送波方向を調整できる。したがって、グレーティングローブを送信波として用いる場合、送波素子のピッチにより、送信波の送波方向を特定でき、結果、反射波の到来方向を特定できる。 Conventionally, a target detection device that transmits a transmitted wave and detects a target based on the reflected wave is known. In this type of target detection device, in order to detect the position of the target in the angle range of the detection target, it is necessary to specify the arrival direction of the reflected wave in the angle range. As a method for this, for example, a wave transmitting array in which a plurality of transmitting elements are arranged at a pitch of half or more the wavelength of the transmitted wave can be used. By adjusting the pitch of the wave transmitting element in this way, a grating lobe is generated. The grating lobe is generated in a direction tilted by a predetermined angle with respect to the front direction of the wave transmission array. By adjusting the pitch of the wave transmitting element, the wave transmitting direction of the grating lobe can be adjusted. Therefore, when the grating lobe is used as the transmission wave, the transmission direction of the transmission wave can be specified by the pitch of the transmission element, and as a result, the arrival direction of the reflected wave can be specified.
探知対象の角度範囲をグレーティングローブによりカバーする方法として、上記構成の送波アレイを角度方向に向きを変えて複数配置する方法を用いることができる。この構成では、たとえば、各送波アレイにより、送波方向が異なる2つの送信ビームが生成される。1つの送波アレイから送波される2つの送信ビームの間の隙間を、他の送波アレイから送波される送信ビームが埋めるように、各送波アレイが配置される。これにより、各送波アレイと、探知対象の角度範囲内における送波方向とが対応付けられる。よって、どの送波アレイにより送波がなされたかにより、反射波の受波方向が特定され得る。 As a method of covering the angular range of the detection target with a grating lobe, a method of arranging a plurality of transmission arrays having the above configuration by changing their orientations in the angular direction can be used. In this configuration, for example, each transmission array produces two transmission beams with different transmission directions. Each transmission array is arranged so that the transmission beam transmitted from another transmission array fills the gap between the two transmission beams transmitted from one transmission array. As a result, each transmission array is associated with the transmission direction within the angle range of the detection target. Therefore, the receiving direction of the reflected wave can be specified depending on which transmission array is used to transmit the wave.
特許文献1には、この種の物標検出装置が開示されている。
上記構成の物標検出装置では、複数の送波アレイを用いるため、物標検出装置の構成が複雑化し、また、コストの上昇を招く。 Since the target detection device having the above configuration uses a plurality of wave transmission arrays, the configuration of the target detection device becomes complicated and the cost increases.
かかる課題に鑑み、本発明は、簡易な構成により物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a target detection device and a target detection method capable of detecting a target with a simple configuration.
本発明の第1の態様は、物標検出装置に関する。この態様に係る物標検出装置は、電気信号を送信波に変換する複数の送波素子を有する送波アレイと、電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成する信号生成部と、を備える。物標検出装置は、前記複数の送波素子を、第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化し、前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化する。そして、前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する。 The first aspect of the present invention relates to a target detection device. The target detection device according to this aspect includes a transmission array having a plurality of transmission elements for converting an electric signal into a transmission wave, a first set of electric signals, and a second set of electric signals different from the first set. It is provided with a signal generation unit that generates a plurality of sets of electric signals including the set of the above with different phase settings for each set. The target detection device groups the plurality of wave-transmitting elements according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration, and in the first group configuration, n of the wave-transmitting elements. The plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having, and in the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m different transmitting elements different from the n elements. Group the elements. Then, the electric signals of the first set are input to each group of the first group configuration, and the electric signals of the second set are input to each group of the second group configuration.
第1の態様に係る物標検出装置によれば、第1グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送波されるグレーティングローブと、第2グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送波されるグレーティングローブとの間で、送波方向を相違させることができる。よって、1つの送波アレイにより、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。 According to the target detection device according to the first aspect, the grating lobe transmitted from the wave transmitting elements grouped according to the first group configuration and the wave transmitted from the transmitting elements grouped according to the second group configuration. The direction of wave transmission can be different from that of the grating lobe. Therefore, one transmission array can transmit a plurality of transmission beams (grating lobes) having different transmission directions. Therefore, the target can be detected smoothly with a simple configuration.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記信号生成部は、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第1の組の電気信号を生成し、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第2の組の電気信号を生成するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the signal generation unit generates the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals, and the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals. It may be configured to generate two sets of electrical signals.
また、前記第1のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子と、前記第2のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子とが、同じとされ得る。 Further, the plurality of transmitting elements used in the first group configuration and the plurality of transmitting elements used in the second group configuration may be the same.
この構成によれば、共通の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられるため、第1のグループ構成および第2のグループ構成ごとに送波素子を準備する必要がない。よって、送波アレイの構成を簡素化でき、コストの低減を図ることができる。 According to this configuration, since a common transmitting element is used for the first group configuration and the second group configuration, it is not necessary to prepare a transmitting element for each of the first group configuration and the second group configuration. .. Therefore, the configuration of the wave transmission array can be simplified and the cost can be reduced.
また、前記複数の送波素子は、等間隔で配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that the plurality of wave transmitting elements are arranged at equal intervals.
このように、送波素子の間隔を一定にすることにより、たとえば、第1の組および第2の組の電気信号の位相を調整することにより、所定の送波方向に円滑にグレーティングローブを出現させることができる。 In this way, by making the spacing between the wave transmitting elements constant, for example, by adjusting the phases of the electric signals of the first set and the second set, the grating lobe appears smoothly in the predetermined wave transmitting direction. Can be made to.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記nは、前記第1の組の電気信号の数の倍数とされ得る。 In the target detection device according to the first aspect, the n can be a multiple of the number of the electric signals of the first set.
また、前記mは、前記第2の組の電気信号の数の倍数とされ得る。 Further, the m can be a multiple of the number of the electric signals of the second set.
第1の態様に係る物標検出装置は、前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を前記複数の送波素子に入力する重畳回路をさらに備え得る。 The target detection device according to the first aspect is a superimposition circuit that superimposes the first set of electric signals and the second set of electric signals and inputs the superposed electric signals to the plurality of transmitting elements. Can be further prepared.
この構成によれば、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブと、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブとを同時に送波させることができる。よって、探知領域に対する物標の検出を迅速に行うことができる。 According to this configuration, the grating lobe based on the first set of electric signals and the grating lobe based on the second set of electric signals can be simultaneously transmitted. Therefore, it is possible to quickly detect a target in the detection area.
あるいは、第1の態様に係る物標検出装置は、前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とが入力され、まず、前記第1の組の電気信号を前記送波アレイに出力し、次に、前記第2の組の電気信号を前記送波アレイに出力する切替回路をさらに備えてもよい。 Alternatively, in the target detection device according to the first aspect, the first set of electric signals and the second set of electric signals are input, and first, the first set of electric signals is transmitted. A switching circuit that outputs to the array and then outputs the second set of electrical signals to the wave transmission array may be further provided.
この構成によれば、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブと、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブとを時分割で送波することができる。 According to this configuration, the grating lobe based on the first set of electric signals and the grating lobe based on the second set of electric signals can be transmitted in a time-division manner.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記第1の組の電気信号の周波数と前記第2の組の電気信号の周波数は、異なることが好ましい。 In the target detection device according to the first aspect, it is preferable that the frequencies of the first set of electric signals and the frequencies of the second set of electric signals are different.
この構成によれば、第1の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号と、第2の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号とを、周波数により、抽出できる。よって、たとえば、これら2つのグレーティングローブが同時に送波された場合でも、各グレーティングローブに基づく受信信号を、適切に抽出でき、各グレーティグローブの方向に存在する物標を円滑に検知できる。 According to this configuration, the received signal based on the grating lobe of the first set of electric signals and the received signal based on the grating lobe of the second set of electric signals can be extracted by frequency. Therefore, for example, even when these two grating lobes are transmitted at the same time, the received signal based on each grating lobe can be appropriately extracted, and the target existing in the direction of each grating globe can be smoothly detected.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記信号生成部は、前記第1の組の電気信号および前記第2の組の電気信号の周波数を変化させるよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the signal generation unit may be configured to change the frequencies of the first set of electrical signals and the second set of electrical signals.
この構成によれば、周波数を変化させることにより、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号にそれぞれ基づくグレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、これらグレーティングローブによって、それぞれ、所定の角度範囲を走査することができ、物標の探知範囲を広げることができる。 According to this configuration, by changing the frequency, the transmission direction of the grating lobe based on the first set of electric signals and the second set of electric signals can be changed. Thereby, each of these grating lobes can scan a predetermined angle range, and the detection range of the target can be expanded.
第1の態様に係る物標検出装置は、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも1つの受波素子を含む受波アレイをさらに備え得る。 The target detection device according to the first aspect includes a receiving array including at least one receiving element that receives the reflected wave generated by the reflection of the transmitted wave on the target and converts the reflected wave into a received signal. Further prepared.
この場合、物標検出装置は、前記受信信号を処理する受信信号処理部をさらに備え、前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数成分に基づいて、当該周波数に対応する前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出するよう構成され得る。 In this case, the target detection device further includes a received signal processing unit that processes the received signal, and the received signal processing unit is based on the reflected wave corresponding to the frequency based on the frequency component of the received signal. It may be configured to extract isofrequency received signals.
この構成によれば、送波に用いる電気信号の周波数と同じ周波数の信号を受信信号から抽出することにより、送波アレイから送波された各グレーティングローブに基づく受信信号を取得できる。よって、受信信号に基づき、物標を適正に検知できる。 According to this configuration, by extracting a signal having the same frequency as the frequency of the electric signal used for transmission from the reception signal, it is possible to acquire a reception signal based on each grating lobe transmitted from the transmission array. Therefore, the target can be properly detected based on the received signal.
この場合、前記受信信号処理部は、互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。 In this case, the received signal processing unit may be configured to acquire the isofrequency received signal corresponding to each frequency by extracting a plurality of frequency components extracted at different frequencies from the received signal.
あるいは、前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。 Alternatively, the received signal processing unit may be configured to calculate the frequency spectrum of the received signal and acquire the isofrequency received signal corresponding to each frequency based on the frequency spectrum.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the receiving array includes a plurality of receiving elements, and the received signal processing unit executes beamforming based on the received signal generated from each receiving element. , The beamforming may be configured to calculate the direction of arrival of the reflected wave from the target.
第1の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受波アレイは、前記送波アレイと異なり、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記送波アレイにより生成される送信ビームと交差するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the receiving array includes a plurality of receiving elements, and the receiving array is different from the transmitting array and is based on a received signal generated from each receiving element. The received beam generated by the above wave can be configured to intersect the transmitted beam generated by the wave transmitting array.
この構成によれば、受信ビームと送信ビーム(グレーティングローブ)とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームの指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に3次元状に分布する反射波の強度データを構成できる。 According to this configuration, the distribution of intensity data based on the intensity of the reflected wave can be calculated in the range where the received beam and the transmitted beam (grating lobe) intersect. Therefore, by changing the directivity direction of the received beam within the detection range by beamforming, it is possible to construct the intensity data of the reflected wave distributed three-dimensionally in the detection range.
第1の態様に係る物標検出装置は、たとえば、水中の物標を検出するソナーである。 The target detection device according to the first aspect is, for example, a sonar that detects a target in water.
あるいは、第1の態様に係る物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダであってもよい。 Alternatively, the target detection device according to the first aspect may be a radar that detects a target in the air.
本発明の第2の態様は、物標検出方法に関する。この態様に係る物標検出方法では、前記送信波の送波のために前記送波アレイが、前記複数の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化される。ここで、前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化される。そして、物標検出方法は、電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成し、前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する。 A second aspect of the present invention relates to a target detection method. In the target detection method according to this aspect, the transmission array is subjected to a plurality of group configurations in which the plurality of transmitting elements include a first group configuration and a second group configuration for transmitting the transmitted wave. Grouped. Here, in the first group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having n said transmitting elements, and in the second group configuration, the number is different from the n elements. The plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitter elements. Then, in the target detection method, a plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set are set in different phases for each set. The electric signals of the first set are input to each group of the first group configuration, and the electric signals of the second set are input to each group of the second group configuration. ..
第2の態様に係る物標検出方法によれば、上記第1の態様と同様、1つの送波アレイにより、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。 According to the target detection method according to the second aspect, as in the first aspect, a plurality of transmission beams (grating lobes) having different transmission directions can be transmitted by one transmission array. Therefore, the target can be detected smoothly with a simple configuration.
以上のとおり、本発明によれば、簡易な構成により物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a target detection device and a target detection method capable of detecting a target with a simple configuration.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects or significance of the present invention will be further clarified by the description of the embodiments shown below. However, the embodiments shown below are merely examples when the present invention is put into practice, and the present invention is not limited to those described in the following embodiments.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<基本構成>
まず、本実施形態に係る物標検出装置の送受波系の基本構成について説明する。
<Basic configuration>
First, the basic configuration of the transmission / reception system of the target detection device according to the present embodiment will be described.
図1は、参考例に係る送波系の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to a reference example.
図1の構成では、複数の送波素子10aが1列に並んで配置された送波アレイ10が用いられる。ここでは、便宜上、14の送波素子10aが図示されているが、送波素子10aの数はこれに限られるものではない。図1では、便宜上、上から順番に各送波素子10aに番号が付されている。
In the configuration of FIG. 1, a
この構成例では、連続的に並ぶ4つの送波素子10aを1つの組として、送信回路20a、20bから正弦波の電気信号が供給される。したがって、1つの組に含まれる4つの送波素子10aが1つの送波領域として機能する。各組間のピッチは、送信回路20a、20bから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。したがって、送波領域のピッチは、電気信号の波長の半分以上に設定される。このように、送波領域のピッチ(各組のピッチ)を電気信号の波長の半分以上に設定することにより、送波アレイ10からグレーティングローブを送波させることができる。
In this configuration example, a sine wave electric signal is supplied from the
送信回路20a、20bは、それぞれ、正弦波の電気信号を出力する。送信回路20a、20bは、互いに同じ周波数で、電気信号を出力する。送信回路20bから出力される電気信号は送信回路20aから出力される電気信号に対して位相が90°進んでいる。
The
1つの組に含まれる4つの送波素子10aのうち、1番目と3番目の送波素子10aには、送信回路20aから電気信号が供給され、2番目と4番目の送波素子10aには、送信回路20bから電気信号が供給される。3番目と4番目の送波素子10aには、それぞれ、送信回路20a、20bから、位相が反転された状態で電気信号が供給される。位相の反転は、たとえば、送波素子10aに対する送信回路20a、20bからの信号線の接続の極性を反転させることにより行われる。この他、位相を反転させるための位相調整回路を配置してもよい。
Of the four
このように、各送波素子10aに電気信号を供給することにより、各組の4つの送波素子10aには、位相が互いに90°シフトした状態で電気信号が供給される。これにより、メインローブを消滅させつつ、グレーティングローブを片側のみに1つだけ出現させた状態で、送波アレイ10から送信波を出力させることができる。そして、送信回路20a、20bから出力される電気信号の周波数を変化させることにより、送波素子10aの並び方向にグレーティンググローブの向きを変化させることができる。これにより、送波アレイ10の正面方向と送信波の方向との間の角度を変化させることができ、当該角度方向に送信波を走査させることができる。
By supplying the electric signal to each of the transmitting
こうして、送信波の送波方向と電気信号の周波数とが対応づけられる。したがって、送信波の反射波を受波器で受波した生成される受信信号の周波数により、送信波の送波方向を特定できる。すなわち、反射波を生じさせた物標の方向が、受信信号の周波数により特定され得る。 In this way, the transmission direction of the transmitted wave and the frequency of the electric signal are associated with each other. Therefore, the transmission direction of the transmitted wave can be specified by the frequency of the received signal generated by receiving the reflected wave of the transmitted wave by the receiver. That is, the direction of the target that generated the reflected wave can be specified by the frequency of the received signal.
なお、上記では、送波素子10a間の位相シフトを90°に設定したが、位相シフトはこれに限られるものではない。たとえば、送波素子10a間の位相シフトを60°または45°に設定しても、メインローブを消滅させつつ、グレーティングローブを片側のみに1つだけ出現させることができる。たとえば、位相シフトが60°に設定される場合、6つの送波素子10aが1つの組に設定され、各組の6つの送波素子10aに、0°、60°、120°、180°、240°、300°の位相の電気信号が供給される。また、位相シフトが45°に設定される場合、8つの送波素子10aが1つの組に設定され、各組の8つの送波素子10aに、0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°の位相の電気信号が供給される。これらの場合も、電気信号の周波数を変化させることにより、送波素子10aの並び方向にグレーティンググローブの向きを変化させることができ、これにより、送信波の送波方向を変化させることができる。
In the above, the phase shift between the transmitting
図1の構成では、1つのグレーティングローブのみが走査されるため、送信波の走査範囲が狭い。そこで、本実施形態では、複数の送波素子10aに対して、位相シフトが異なる複数組の電気信号を供給することにより、互いに向きが異なる複数のグレーティングローブを生じさせる。そして、各組の電気信号の周波数を変化させることにより、グレーティングローブごとに送波方向を変化させて、グレーティングローブを走査させる。これにより、全体の走査範囲を拡大させる。
In the configuration of FIG. 1, since only one grating lobe is scanned, the scanning range of the transmitted wave is narrow. Therefore, in the present embodiment, by supplying a plurality of sets of electric signals having different phase shifts to the plurality of transmitting
図2は、実施形態に係る、送波系の構成を示す図である。なお、図2中の複数の角度の記載は、送信回路21aから出力される電気信号(正弦波)の位相を0°とした場合の、各信号線により供給される電気信号の位相を示している。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to an embodiment. The description of the plurality of angles in FIG. 2 indicates the phase of the electric signal supplied by each signal line when the phase of the electric signal (sine wave) output from the
図2の構成例では、72個の送波素子11aが等間隔で1列に並んで配置された送波アレイ11が用いられる。なお、送波素子11aの数は72に限られるものではない。図2では、便宜上、上から順番に各送波素子11aに番号が付されている。
In the configuration example of FIG. 2, a
72個の送波素子11aは、第1のグループ構成および第2のグループ構成に従ってグループ化される。第1のグループ構成では、4個の送波素子11aをそれぞれ有する複数のグループGR1に72個の送波素子11aがグループ化される。また、第2のグループ構成では、6個の送波素子11aをそれぞれ有する複数のグループGR2に72個の送波素子11aがグループ化される。したがって、第1のグループ構成に用いられる72個の送波素子11aと、第2のグループ構成に用いられる72個の送波素子11aとは、互いに同じである。すなわち、共通の送波素子11aが、第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられる。
The 72
そして、第1のグループ構成の各グループGR1に、90°ずつ位相シフトされた第1の組の電気信号が入力され、第2のグループ構成の各グループGR2に、60°ずつ位相シフトされた第2の組の電気信号が入力される。すなわち、第1の組に含まれる複数の電気信号は、電気信号間の位相シフトが等しく(位相シフト90°)、また、第2の組に含まれる複数の電気信号は、電気信号間の位相シフトが等しい(位相シフト60°)。
Then, the first set of electrical signals phase-shifted by 90 ° is input to each group GR1 of the first group configuration, and the phase-shifted first set GR2 of the second group configuration is 60 °. Two sets of electrical signals are input. That is, the plurality of electric signals included in the first set have the same phase shift between the electric signals (
グループGR1の送波素子11aには、送信回路21a、21bから出力される電気信号が供給される。グループGR1のピッチは、送信回路21a、21bから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。送信回路21a、21bは、図1の送信回路20a、20bと同様、位相が互いに90°シフトした正弦波状の電気信号を出力する。送信回路21a、21bから出力された電気信号は、位相調整回路23によって、2系統の電気信号に変換される。これら2系統の電気信号のうち、図2において+が付記された第1系統の電気信号は、送信回路21a、21bから出力された電気信号と同位相の電気信号であり、−が付記された第2系統の電気信号は、送信回路21a、21bから出力された電気信号に対して位相が反転した電気信号である。各系統の電気信号は、対応する重畳回路24に入力される。
The electric signal output from the
グループGR2の送波素子11aには、送信回路22a〜22cから出力される電気信号が供給される。グループGR2のピッチは、送信回路22a〜22cから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。送信回路22a〜22cは、位相が互いに60°シフトした正弦波状の電気信号を出力する。送信回路22a〜22cから出力された電気信号は、上記と同様、位相調整回路23によって、2系統の電気信号に変換される。これら2系統の電気信号のうち、図2において+が付記された第1系統の電気信号は、送信回路22a〜22cから出力された電気信号と同位相の電気信号であり、−が付記された第2系統の電気信号は、送信回路22a〜22cから出力された電気信号に対して位相が反転した電気信号である。各系統の電気信号は、対応する重畳回路24に入力される。
The electric signal output from the
図3(a)は、位相調整回路23の構成を示す図である。
FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the
位相調整回路23は、入力側に1つのコイル23aが配置され、出力側に2つのコイル23b、23cが配置された変圧器により構成される。出力側の2つのコイル23b、23cは、巻き方向が互いに反転している。入力側のコイル23aには、送信回路21a、21b、22a〜22cの何れかから出力された電気信号が入力される。入力された電気信号と同位相の電気信号が、電磁誘導により、出力側の一方のコイル23bから出力される。この電気信号が、上記第1系統の電気信号である。
The
出力側の他方のコイル23cは、上記のとおり、一方のコイル23bとは巻き方向が反転している。このため、他方のコイル23cからは、コイル23aに入力された電気信号の位相が反転した電気信号が出力される。この電気信号が、上記第2系統の電気信号である。こうして、位相調整回路23から、位相が互いに反転する2系統の電気信号が出力される。
As described above, the winding direction of the
位相調整回路23の構成は、図3(a)の構成に限られるものではなく、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号と同位相の電気信号および当該電気信号に対して位相が反転する電気信号の2系統の電気信号を生成可能な限りにおいて、他の構成であってもよい。
The configuration of the
図2に戻り、送信回路21a、21bから出力される電気信号の周波数は、互いに同じである。送信回路21a、21bは、電気信号の周波数を第1周波数テーブルに従って切り替える。第1周波数テーブルには、たとえば、95、100、105、110、120、130、145kHzの周波数が割り当てられている。送信回路21a、21bは、電気信号の周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた上記周波数の順番でサイクリックに切り替える。
Returning to FIG. 2, the frequencies of the electric signals output from the
また、送信回路22a〜22cから出力される電気信号の周波数は、互いに同じである。送信回路22a〜22cは、電気信号の周波数を第2周波数テーブルに従って切り替える。第2周波数テーブルに割り当てられた周波数は、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数と相違する。第2周波数テーブルには、たとえば、115、125、135、150kHzの周波数が割り当てられている。送信回路22a〜22cは、電気信号の周波数を、第2周波数テーブルに割り当てられた上記周波数の順番でサイクリックに切り替える。
Further, the frequencies of the electric signals output from the
図3(b)は、重畳回路24の構成を示す図である。
FIG. 3B is a diagram showing the configuration of the
重畳回路24は、入力側に2つのコイル24a、24bが配置され、出力側に1つのコイル24cが配置された変圧器により構成される。入力側の2つのコイル24a、24bは、巻き方向が互いに同じである。これら2つのコイル24a、24bに対して、それぞれ、対応する位相調整回路23から、第1の組および第2の組の電気信号が入力される。入力側のコイル24a、24bに入力された電気信号は、電磁誘導により重畳され、出力側のコイル24cから出力される。出力された電気信号には、入力された2つの電気信号の各周波数成分が含まれる。
The
なお、図2の構成では、位相調整回路23によって、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号の位相を反転させたが、コイル24a、24bを流れる電流が通常時と逆方向となるように、送信回路21a、21b、22a〜22cとコイル24a、24bとを接続することによって、電気信号の位相を反転させてもよい。すなわち、送信回路21a、21b、22a〜22cの出力ラインを2系統に分岐させ、一方の出力ラインは通常の接続形態でコイル24a、24bの一方に接続し、他方の出力ラインは通常の接続形態とは逆方向に電流が流れる形態でコイル24a、24bの他方に接続する構成であってもよい。この場合、位相調整回路23は、省略され得る。
In the configuration of FIG. 2, the
重畳回路24の構成は、図3(b)の構成に限られるものではなく、2つの電気信号の周波数成分が含まれるように2系統の電気信号が重畳される限りにおいて、他の構成であってもよい。
The configuration of the
図2に戻り、重畳回路24は、グループGR1に含まれる送波素子11aの数(ここでは4個)と、グループGR2に含まれる送波素子11aの数(ここでは6個)の最小公倍数の数(ここでは12個)だけ配置される。12個の重畳回路24から出力された電気信号は、それぞれ、連続的に並ぶ12個の送波素子11aに入力される。図2では、1〜12番目の送波素子11aと、13〜24番目の送波素子11aと、25〜36番目の送波素子11aと、37〜48番目の送波素子11aと、49〜60番目の送波素子11aと、61〜72番目の送波素子11aに、それぞれ、12個の重畳回路24から出力される電気信号が入力される。
Returning to FIG. 2, the
ここで、グループGR1の送波素子11aに入力される第1の組の電気信号、すなわち、送信回路21a、21bから出力される90°ずつ位相シフトされた電気信号と、グループGR2の送波素子11aに入力される第2の組の電気信号、すなわち、送信回路22a〜22cから出力される60°ずつ位相シフトされた電気信号とは、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルによって、互いに異なる周波数が適用される。このため、これら電気信号が重畳されて送波素子11aに入力されても、各組の電気信号によって、個別に、グレーティングローブが形成される。
Here, the first set of electric signals input to the
したがって、上記のように72個の送波素子11aに電気信号が入力されることにより、グループGR1の送波素子11aから、90度ずつ位相シフトされた第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブが形成され、グループGR2の送波素子11aから、60度ずつ位相シフトされた第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブが形成される。そして、各組の電気信号の周波数を、対応する周波数テーブルに従って変化させることにより、各グレーティングローブを、送波素子11aの並び方向の走査させることができる。
Therefore, by inputting an electric signal to the 72
図4(a)〜図8(b)は、グレーティングローブが生じる方向をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図4(a)〜図8(b)において、横軸は、送波アレイ11の正面方向との間のなす角であり、縦軸は、送波アレイ11から送波される送信波の強度である。送波素子11aの並び方向は、横軸において、±90°である。
4 (a) to 8 (b) are diagrams showing the simulation results obtained by simulating the direction in which the grating lobe is generated. In FIGS. 4 (a) to 8 (b), the horizontal axis is the angle formed by the front direction of the
このシミュレーションでは、送波素子11aのピッチを4.35mmに設定した。送波素子11aの数は、上記と同様、72個とした。また、第1の組および第2の組の電気信号を、それぞれ、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた上記の各周波数に変化させた。また、各送波素子11aに印加される電気信号の位相は、図2と同様に設定した。
In this simulation, the pitch of the
図4(a)〜図6(c)は、それぞれ、グループGR1の送波素子11aに周波数95、100、105、110、120、130、145kHzの第1の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。また、図7(a)〜図8(b)は、それぞれ、グループGR2の送波素子11aに周波数115、125、135、150kHzの第2の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。
4 (a) to 6 (c) show the case where the first set of electric signals having frequencies 95, 100, 105, 110, 120, 130 and 145 kHz are applied to the
図4(a)〜図6(c)に示すように、グループGR1の送波素子11aに周波数95、100、105、110、120、130、145kHzの電気信号を印加した場合、互いに異なる角度D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17付近にグレーティングローブが生じる。これら6のグレーティングローブは、概ね、−65°〜−35°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR1の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR1の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−65°〜−35°の範囲を走査できる。
As shown in FIGS. 4 (a) to 6 (c), when an electric signal having frequencies 95, 100, 105, 110, 120, 130, and 145 kHz is applied to the transmitting
また、図7(a)〜図8(b)に示すように、グループGR2の送波素子11aに周波数115、125、135、150kHzの電気信号を印加した場合は、互いに異なる角度D21、D22、D23、D24付近にグレーティングローブが生じる。これら4のグレーティングローブは、概ね、−30°〜−23°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR2の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR2の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−30°〜−23°の範囲を走査できる。
Further, as shown in FIGS. 7 (a) to 8 (b), when an electric
以上のように、上記シミュレーション条件に従うことにより、グループGR1の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね30°の角度範囲(−65°〜−35°)をカバーでき、グループGR2の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね7°の角度範囲(−30°〜−23°)をカバーできる。したがって、グループGR1、GR2による角度範囲を統合すると、概ね42°(−65°〜−23°)の角度範囲を2つのグレーティングローブによってカバーできる。すなわち、42°の視野角を実現できる。
As described above, according to the above simulation conditions, the grating lobe formed by the
図9は、送信ビームがカバーする範囲を模式的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a range covered by the transmission beam.
図9において、送信ビームTB1は、グループGR1の送波素子11aによって形成されるグレーティングローブに対応し、送信ビームTB2は、グループGR2の送波素子11aによって形成されるグレーティングローブに対応する。グループGR1の送波素子11aに供給される第1の組の電気信号の周波数をfa〜fbの範囲で変化させることにより、送信ビームTB1が角度θ01の範囲で走査される。また、グループGR2の送波素子11aに供給される第2の組の電気信号の周波数をfc〜fdの範囲で変化させることにより、送信ビームTB2が角度θ02の範囲で走査される。したがって、送信ビームTB1、TB2によって、角度θ01と角度θ02とを統合した角度θ0の範囲を走査できる。
In FIG. 9, the transmitting beam TB1 corresponds to a grating lobe formed by the transmitting
上記シミュレーションでは、第1の組の電気信号における周波数の変化範囲fa〜fbおよび第2の組の電気信号における周波数の変化範囲fc〜fdは、それぞれ、95〜145kHzおよび115〜150kHzであり、角度θ01、θ02は、それぞれ、30°、7°であり、角度θ0は42°である。 In the above simulation, the frequency change ranges fa to fb in the first set of electric signals and the frequency change ranges fc to fd in the second set of electric signals are 95 to 145 kHz and 115 to 150 kHz, respectively, and the angles. θ01 and θ02 are 30 ° and 7 °, respectively, and the angle θ0 is 42 °.
なお、図2の構成および上記シミュレーションでは、第1の組の電気信号の位相シフトを90°に設定し、第2の組の電気信号の位相シフトを60°に設定したが、第2の組の電気信号の位相シフトを45°に設定してもよい。この場合、グループGR2に含まれる送波素子11aの数が、位相シフトの変更に伴う電気信号の組み合わせの数の変更に応じて、変更される。
In the configuration of FIG. 2 and the above simulation, the phase shift of the electric signals of the first set was set to 90 °, and the phase shift of the electric signals of the second set was set to 60 °, but the second set The phase shift of the electrical signal of may be set to 45 °. In this case, the number of transmitting
あるいは、第1の組の電気信号の位相シフトを45°に設定してもよい。この場合も、グループGR1に含まれる送波素子11aの数が、位相シフトの変更に伴う電気信号の組み合わせの数の変更に応じて、変更される。
Alternatively, the phase shift of the first set of electrical signals may be set to 45 °. Also in this case, the number of the transmitting
また、第1の組および第2の組の電気信号の周波数の変化は、上記の例に限られるものではなく、角度θ01、θ02の範囲に応じて適宜変更され得る。 Further, the change in the frequency of the electric signals of the first set and the second set is not limited to the above example, and can be appropriately changed according to the range of the angles θ01 and θ02.
図10は、送受波系の構成例を模式的に示す図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration example of a transmission / reception system.
この構成例では、図2に示した送波系の構成の他に、受波系の構成として、複数の受波素子31aを有する受波アレイ31が配置されている。図2と同様、送波系は、送波アレイ11を備えている。送波アレイ11は、X軸に沿って配置されている。送波アレイ11の直上位置に、受波アレイ31が配置されている。この構成例では、受波素子31aの並び方向と、送波素子11aの並び方向とが垂直となっている。
In this configuration example, in addition to the configuration of the wave transmitting system shown in FIG. 2, a receiving
送波アレイ11内の送波素子11aを、図2を参照して説明した方法で駆動することにより、送波アレイ11の前方(Z軸正方向)に、送信ビームTB0が形成される。ここでは、図9に示した送信ビームTB1、TB2の走査範囲を統合した範囲が、送信ビームTB0の走査範囲として示されている。
By driving the
各受波素子31aから出力される受信信号に対し位相制御(ビームフォーミング)を行うことにより、X軸を中心とする周方向に幅狭の受信ビームRB0が形成される。これにより、受信ビームRB0と送信ビームTB0とが交差する領域の受信信号が抽出される。上記位相制御により、受信ビームRB0を、X軸を中心にθ1方向に旋回させることにより、各旋回位置の受信信号が抽出される。受信ビームRB0の旋回位置により、送信波が物標によって反射された反射波の水平方向(θ1方向)における到来方向が規定され得る。また、図9を参照して説明したとおり、受信信号の周波数によって、反射波の鉛直方向(θ0方向)における到来方向が規定され得る。
By performing phase control (beamforming) on the received signal output from each receiving
したがって、受信ビームRB0により抽出される受信信号のうち、第1の組および第2の組の電気信号の周波数の受信信号を抽出し、抽出した周波数に対応する鉛直方向の角度(θ0方向の角度)と、ビームフォーミングに基づく水平方向の角度(θ1方向の角度)とによって規定される方向において、当該反射波のディレイタイムに基づく距離位置に、受信信号の強度に基づくデータをプロットすることにより、当該受信ビームRB0と送信ビームTB0とが交差する範囲の受信信号の強度データの分布が得られる。そして、受信ビームRB0を水平方向の検知範囲内において旋回させて、各旋回位置における強度データの分布を得ることにより、水平方向および鉛直方向における全ての検知範囲において3次元状に分布する強度データ(ボリュームデータ)を取得できる。この強度データ(ボリュームデータ)を画像化することにより、検知範囲の物標の状態を示す画像を得ることができる。 Therefore, among the received signals extracted by the received beam RB0, the received signals having the frequencies of the first set and the second set of electric signals are extracted, and the vertical angle corresponding to the extracted frequency (angle in the θ0 direction). ) And the horizontal angle based on beam forming (angle in the θ1 direction), by plotting the data based on the intensity of the received signal at the distance position based on the delay time of the reflected wave. The distribution of the intensity data of the received signal in the range where the received beam RB0 and the transmitted beam TB0 intersect can be obtained. Then, the reception beam RB0 is swiveled within the detection range in the horizontal direction to obtain the distribution of the intensity data at each swivel position, so that the intensity data distributed in three dimensions in all the detection ranges in the horizontal direction and the vertical direction ( Volume data) can be acquired. By imaging this intensity data (volume data), it is possible to obtain an image showing the state of the target in the detection range.
<具体的構成>
図11は、物標検出装置1の具体的構成を示すブロック図である。
<Specific configuration>
FIG. 11 is a block diagram showing a specific configuration of the
物標検出装置1は、送波系の構成として、送波アレイ11を備える。送波アレイ11は、図2と同様の構成である。物標検出装置1は、送波アレイ11の各送波素子11aに送信信号S1を供給するための構成として、信号生成部111と、送信アンプ112とを備える。信号生成部111は、図2の示した回路構成と同様の構成を備える。図11の構成では、図2の重畳回路24から出力される電気信号(送信信号S1)を増幅して各送波素子11aに供給するための送信アンプ112が、さらに配置されている。なお、送信アンプは、図2の送信回路21a、21b、22a〜22cと位相調整回路23との間に配置されてもよい。
The
制御部101は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理回路と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)やハードディスク等の記憶媒体とを備える。制御部101が、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路で構成されてもよい。
The
制御部101は、図2に示した送信回路21a、21b、22a〜22cに対し、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに応じた周波数の電気信号を出力させる。これにより、図9を参照して説明したとおり、送波アレイ11から送信ビームTB1、TB2が送波される。上記のとおり、送信ビームTB1、TB2は、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに応じて第1の組および第2の組の電気信号の周波数が逐次変更されることにより、それぞれ、角度θ01、θ02の範囲を走査する。これにより、図10の送信ビームTB0が構成される。
The
物標検出装置1は、受波系の構成として、上述の受波アレイ31を備える。受波アレイ31は、図10と同様の構成である。受波アレイ31には、m個の受波素子31aが配置されている。各受波素子31aに対応するチャンネルCH1〜CHmに、各受波素子31aから受信信号が出力される。
The
物標検出装置1は、受波アレイ31の各受波素子31aから出力される受信信号を処理して検出画像を生成するための構成として、複数の受信処理部121と、複数のAD変換部122と、受信信号処理部123と、映像信号処理部124とを備える。
The
複数の受信処理部121は、チャンネルCH1〜CHmにそれぞれ接続されている。各受信処理部121は、入力された受信信号に対し、不要な帯域を除去する処理や、受信信号をAD変換に適するレベルに増幅する処理、および、AD変換のサンプリング周期の半分以上の帯域の信号成分を除去する処理等を行う。複数のAD変換部122は、複数の受信処理部121にそれぞれ対応付けられている。各AD変換部122は、対応する受信処理部121から入力されたアナログの受信信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する。
The plurality of
受信信号処理部123は、複数のAD変換部122からそれぞれ入力されたチャンネルCH1〜CHmの受信信号を処理して、検知範囲に3次元状に分布する受信信号の強度データ(ボリュームデータ)を算出する。受信信号処理部123が、制御部101とともに、単一の集積回路(FPGA等)で構成されてもよい。
The reception
映像信号処理部124は、受信信号処理部123から入力される強度データ(ボリュームデータ)を処理して、検知範囲の物標の状態を画像化するための画像データを生成する。映像信号処理部124は、たとえば、CPUによって構成される。表示部125は、モニタ等で構成され、映像信号処理部124から入力される画像データに応じた検出画像を表示する。
The video
図12(a)は、受信信号処理部123の構成例を示す機能ブロック図である。
FIG. 12A is a functional block diagram showing a configuration example of the received
受信信号処理部123は、演算処理回路と記憶媒体とを備える。受信信号処理部123は、記憶媒体に記憶されたプログラムにより、図12(a)に示す各機能ブロックの機能を実行する。図12(a)の機能の一部が、ソフトウエアでなく、ハードウエアにより実現されてもよい。
The reception
受信信号処理部123は、複数のデジタルフィルタ201と、バッファ202と、複数のバンドパスフィルタ203と、複数のビーム合成部204とを備える。
The reception
複数のデジタルフィルタ201は、図11の複数のAD変換部122にそれぞれ対応して設けられている。デジタルフィルタ201は、図11の受信処理部121におけるフィルタ機能よりも急峻なフィルタであり、受信信号における不要な帯域の信号を除去する。
The plurality of
バッファ202は、複数のデジタルフィルタ201からそれぞれ出力されるチャンネルCH1〜CHmの受信信号を一時的に保持する。バッファ202は、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号の周波数が、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた全て周波数に変更される間の受信信号(以下、「1スキャン分の受信信号」という)を、時系列で複数スキャン分保持する。バッファ202は、1スキャン分の受信信号を、順次、複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ供給する。バッファ202は、1スキャン分の受信信号を複数のバンドパスフィルタ203に供給すると、当該1スキャン分の受信信号を消去する。
The
複数のバンドパスフィルタ203は、入力されたチャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から周波数F1〜Fnの周波数成分(周波数受信信号)をそれぞれ抽出する。周波数F1〜Fnは、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた周波数にそれぞれ対応する。バンドパスフィルタ203は、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた周波数の総数だけ配置される。各バンドパスフィルタ203によって、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた各周波数の受信信号が抽出される。バンドパスフィルタ203は、チャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から自身に設定された周波数Fkの周波数成分(周波数受信信号)を抽出して、ビーム合成部204に供給する。
The plurality of
複数のビーム合成部204は、複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ対応付けて設けられている。ビーム合成部204は、位相制御に基づくビームフォーミングにより受信ビームRB0を形成し、図10のθ1方向に周波数受信信号を所定の分解能で分離する。これにより、受信ビームRB0と、バンドパスフィルタ203で規定される図9の送信ビームTB1または送信ビームTB2とが交差する領域の周波数受信信号が取得される。すなわち、最上段のビーム合成部204からは、周波数F1に対応する角度θ0方向(図9参照)の送信ビーム(送信ビームTB1、TB2の何れか)と、水平面に平行な方向(図10のθ1方向)における各方位の受信ビームRB0とが交差する交差領域の周波数受信信号が得られる。
The plurality of
得られた周波数受信信号は、交差領域からの反射波の強さに応じて、強度が時間軸上で変化する。この時間軸は、交差領域における受波アレイ31からの距離に相当する。したがって、時間軸上の各強度を、交差領域において、受波アレイ31からの対応する距離位置にマッピングすることにより、交差領域上における強度データの分布が得られる。こうして、各ビーム合成部204から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。
The intensity of the obtained frequency received signal changes on the time axis according to the intensity of the reflected wave from the intersecting region. This time axis corresponds to the distance from the receiving
図12(b)は、受信信号処理部123の他の構成例を示す機能ブロック図である。
FIG. 12B is a functional block diagram showing another configuration example of the received
この構成例では、図12(a)の構成例におけるバンドパスフィルタ203が、FFT(Fast Fourier Transform)211と周波数抽出部212に置き換えられている。FFT211は、チャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から周波数スペクトルを算出する。周波数抽出部212は、FFT211により算出された各チャンネルの周波数スペクトルから、周波数F1〜Fnの周波数成分(周波数受信信号)をそれぞれ抽出してビーム合成部204に供給する。ビーム合成部204の処理は、図12(a)の場合と同様である。
In this configuration example, the
この構成によっても、図12(a)の構成と同様、各ビーム合成部204から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。なお、図12(b)の構成例では、図12(a)の構成例よりも、周波数受信信号を抽出する周波数をより細かく設定できる。よって、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられる複数の周波数の数が多い場合や、これら周波数が互いに接近する場合は、図12(b)の構成を用いることが有利である。
With this configuration as well, as in the configuration of FIG. 12A, the intensity data is distributed three-dimensionally in the detection range by integrating the distribution of the intensity data for each direction output from each
図13(a)、(b)は、図11の制御部101によって行われる送波処理を示すフローチャートである。この処理は、検知動作時に継続的に実行され、検知動作の終了に応じて終了される。また、図13(a)、(b)の処理は、互いに同期して実行される。
13 (a) and 13 (b) are flowcharts showing a wave transmission process performed by the
図13(a)は、グループGR1の送波素子11aに対する送波処理を示すフローチャートである。
FIG. 13A is a flowchart showing a wave transmission process for the
制御部101は、送信回路21a、21bから出力される電気信号を、第1周波数テーブルに割り当てられた1番目の周波数に設定して(S111)、送信回路21a、21bに電気信号を所定期間出力させる(S112)。これにより、重畳回路24を介して、グループGR1の送波素子11aに第1の組の電気信号が入力され(S113)、送波アレイ11から第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB1)が送波される。
The
その後、制御部101は、当該電気信号の所定期間が経過するのを待つ(S114:NO)。所定期間が経過して、次の送信タイミングが到来すると(S114:YES)、制御部101は、処理をステップS111に戻して、送信回路21a、21bから出力される電気信号を、第1周波数テーブルに割り当てられた2番目の周波数に設定し、同様の処理を実行する。これにより、グレーティングローブ(送信ビームTB1)の送波方向が図9の角度θ01の方向に変化する。制御部101は、同様の処理を、第1周波数テーブルに割り当てられた最後の周波数が送信回路21a、21bに適用されるまで(S115:NO)、繰り返す。これにより、グレーティングローブ(送信ビームTB1)の送波方向が図9の角度θ01の範囲内で切り替えられ、角度θ01の範囲がグレーティングローブ(送信ビームTB1)によって走査される。
After that, the
こうして、第1周波数テーブルに割り当てられた全ての周波数を送信回路21a、21bに適用して、1スキャン分の送信ビームTB1の送波を行うと(S115:YES)、制御部101は、処理を終了する。こうして、1スキャン分の最後の送波を行った後、当該送波に対する受信期間が終了するまで、制御部101は、送波を中断する。そして、受信期間が終了すると、制御部101は、再度、図13(a)の処理を実行し、次のスキャン分の送波を行う。こうして、制御部101は、送信回路21a、21bに適用される周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数についてサイクリックに切り替えながら、送波アレイ11にグレーティングローブ(送信ビームTB1)を送波させる。これにより、図9の角度θ01の範囲が送信ビームTB1によって繰り返し走査される。
In this way, when all the frequencies assigned to the first frequency table are applied to the
図13(b)は、グループGR2の送波素子11aに対する送波処理を示すフローチャートである。
FIG. 13B is a flowchart showing a wave transmission process for the
制御部101は、送信回路22a〜22cから出力される電気信号を、第2周波数テーブルに割り当てられた1番目の周波数に設定して(S121)、送信回路22a〜22cに電気信号を所定期間出力させる(S122)。これにより、重畳回路24を介して、グループGR2の送波素子11aに第2の組の電気信号が入力され(S123)、送波アレイ11から第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB2)が送波される。
The
その後、制御部101は、図13(a)の場合と同様、第2周波数テーブルに割り当てられた最後の周波数が送信回路22a〜22cに適用されるまで(S125:NO)、ステップS121〜S124の処理を繰り返し実行する。また、制御部101は、1スキャン分の最後の送波に対する受信期間が終了すると、再度、図13(a)の処理を実行し、同様の送波処理を繰り返す。これにより、送信回路22a〜22cに適用される周波数が、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数についてサイクリックに切り替えられながら、送波アレイ11からグレーティングローブ(送信ビームTB2)が送波される。こうして、図9の角度θ02の範囲がグレーティングローブ(送信ビームTB2)によって走査される。
After that, the
なお、本実施形態では、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数の数が、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数の数より少ないため、ステップS114、S124の切り替えタイミングが同じである場合、全ての周波数が各送信回路に適用される期間は、図13(a)の処理よりも図13(b)の処理の方が短くなる。このため、制御部101は、全ての周波数が各送信回路に適用される期間が、図13(a)の処理と図13(b)の処理との間で同じとなるように、ステップS114、S124の切り替えタイミングを調整する。
In the present embodiment, the number of frequencies assigned to the second frequency table is smaller than the number of frequencies assigned to the first frequency table. Therefore, when the switching timings of steps S114 and S124 are the same, all the frequencies are assigned. The period in which the frequency is applied to each transmission circuit is shorter in the process of FIG. 13 (b) than in the process of FIG. 13 (a). Therefore, the
あるいは、制御部101は、図13(b)の処理を1スキャン分終了した後、図13(a)の処理が1スキャン分終了するまで、図13(b)の処理を中断し、図13(a)の処理が1スキャン分終了した後、最後の受信期間が終了したタイミングで、図13(b)の次のスキャン分の処理を開始させる。これにより、一定期間ごとに、各処理に対する1スキャン分の受信信号を取得できるようになる。
Alternatively, the
図14は、受信信号を処理して検出画像を表示する処理を示すフローチャートである。この処理は、検知動作時に継続的に実行され、検知動作の終了に応じて終了される。 FIG. 14 is a flowchart showing a process of processing a received signal and displaying a detected image. This process is continuously executed during the detection operation and is terminated when the detection operation ends.
1スキャン分の受信信号がバッファ202から複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ供給される(S201)。各バンドパスフィルタ203は、入力された各チャンネルの受信信号から自身に設定された周波数の周波数成分(周波数受信信号)を抽出して、対応するビーム合成部204に供給する(S202)。ビーム合成部204は、入力された周波数成分(周波数受信信号)から、ビームフォーミングにより、水平方向(θ1方向)の各方位の信号成分を抽出する(S203)。これにより、各周波数によって規定される送波方向とビームフォーミングによる各方位とが交わる範囲に受信信号の強度データがマッピングされた強度データの分布が得られる。受信信号処理部123は、全てのビーム合成部204からの強度データを統合して、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータを構成する(S204)。受信信号処理部123は、ボリュームデータを、映像信号処理部124に供給する。
The received signal for one scan is supplied from the
映像信号処理部124は、ボリュームデータを処理して、検知範囲における物標の検知状況を表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示部125に供給する(S205)。表示部125は、入力された画像データに基づく画像を表示する(S206)。これにより、検知範囲における1スキャン分の物標の検出状況が表示される。こうして、1スキャン分の処理が終了する。その後、図14の処理が繰り返し実行され、その後のスキャンに対する探知画像が表示部125に表示される。
The video
図15は、上述の物標検出装置1が、水中の物標を検知するソナーとして用いられる場合の構成を模式的に示す図である。
FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration when the above-mentioned
船2の船底に、送受波器300が設置される。送受波器300は、送波アレイ11と、受波アレイ31とを備えている。送波アレイ11は、上述の処理により水中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、音波(たとえば超音波)が送波される。これにより、鉛直平面に平行な角度θ0の範囲において、送信ビームTB1、TB2が走査される。
A transmitter /
図11の構成のうち送波アレイ11、受波アレイ31および表示部125以外の構成は、船2の操舵室2aに設置された制御装置に装備される。表示部125は、制御装置とは別に、操舵室2aに設置される。表示部125が制御装置に一体化されてもよい。
Of the configurations shown in FIG. 11, the configurations other than the
この構成によれば、水底3や魚群4の状況を示す検出画像が表示部125に表示される。これにより、使用者は、水中の状況を把握できる。なお、前方、後方、左方および右方にそれぞれ向けられた4つの送受波器300が船底に設置されてもよい。この場合、送受波器300ごとに、図11の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の検出画像を表示部125に表示させることができる。
According to this configuration, a detection image showing the status of the
また、上述の物標検出装置1が、空中の物標を検知するレーダとして用いられる場合、たとえば、操舵室2aの上部に、送受波器400が設置される。送受波器400は、送波アレイ11と、受波アレイ31とを備えている。送波アレイ11は、上述の処理により空中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、電波が送波される。回路部の構成は、ソナーの場合と同様、操舵室2aに設置される。
Further, when the above-mentioned
この構成によれば、障害物や鳥群等の状況を示す検出画像が表示部125に表示される。これにより、使用者は、空中の状況を把握できる。なお、操舵室2aの前後左右の側面にそれぞれ送受波器400が設置されてもよい。この場合、送受波器400ごとに、図11の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の空間の検出画像を表示部125に表示させることができる。
According to this configuration, a detection image showing the situation of an obstacle, a flock of birds, or the like is displayed on the
<実施形態の効果>
実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。
<Effect of embodiment>
According to the embodiment, the following effects can be achieved.
第1グループ構成(グループGR1)に従ってグループ化された送波素子11aから送波されるグレーティングローブと、第2グループ構成(グループGR2)に従ってグループ化された送波素子11aから送波されるグレーティングローブとの間で、送波方向を相違させることができる。よって、1つの送波アレイ11により、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。
A grating lobe transmitted from the transmitting
また、共通の送波素子11aが第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられるため、第1のグループ構成および第2のグループ構成ごとに送波素子11aを準備する必要がない。よって、送波アレイ11の構成を簡素化でき、コストの低減を図ることができる。
Further, since the common
また、送波素子11aの間隔が一定であるため、第1の組および第2の組の電気信号の位相を調整することにより、所定の送波方向で円滑にグレーティングローブを出現させることができる。
Further, since the interval between the
また、図2に示したように、第1の組の各電気信号と第2の組の各電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を対応する送波素子11aに入力する重畳回路24が配されているため、図9に示したように、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB1)と、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB2)とを同時に送波させることができる。よって、探知領域に対する物標の検出を迅速に行うことができる。
Further, as shown in FIG. 2, a
また、第1周波数テーブルに割り当てられた第1の組の電気信号の周波数と、第2周波数テーブルに割り当てられた第2の組の電気信号の周波数とが、互いに異なっている。このため、図11に示した受信信号処理部123において、第1の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号と、第2の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号とを、周波数により、抽出できる。よって、重畳回路24による電気信号の重畳によって、これら2つのグレーティングローブが同時に送波されても、各グレーティングローブに基づく受信信号を、受信信号処理部123において適切に抽出でき、各グレーティグローブの方向に存在する物標を円滑に検知できる。
Further, the frequencies of the first set of electric signals assigned to the first frequency table and the frequencies of the second set of electric signals assigned to the second frequency table are different from each other. Therefore, in the received
図13(a)、(b)に示したように、信号生成部111は、第1の組の電気信号の周波数を第1周波数テーブルに従って変化させ、第2の組の電気信号の周波数を第2周波数テーブルに従って変化させる。このように周波数を変化させることにより、上記シミュレーション結果において示したように、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号にそれぞれ基づくグレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、これらグレーティングローブによって、それぞれ、所定の角度範囲を走査することができ、物標の探知範囲を広げることができる。
As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the
図12(a)、(b)を参照して説明したとおり、受信信号処理部123は、受信信号の周波数成分に基づいて、グレーティングローブの反射波に基づく受信信号を抽出する。これにより、送波アレイ11から送波された各グレーティングローブに基づく受信信号を適正に取得できる。よって、受信信号に基づき、物標を適正に検知できる。
As described with reference to FIGS. 12A and 12B, the reception
図10に示したように、受波アレイ31は、複数の受波素子31aを含み、受波アレイ31は、送波アレイ11と異なり、各受波素子31aから生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、送波アレイ11により生成される送信ビームと交差する。この構成により、受信ビームRB0と送信ビームTB0(グレーティングローブ)とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームRB0の指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に3次元状に分布する反射波の強度データを構成できる。
As shown in FIG. 10, the receiving
<変更例1>
上記実施形態では、図2に示すように、2系統の電気信号を、重畳回路24により重畳して、対応する送波素子11aに入力させたが、図16に示すように、送波素子11aに入力される電気信号を、2系統の電気信号の何れか一方に時分割で切り替えるようにしてもよい。この構成では、送信回路21a、21b、22a〜22cに1つの周波数が適用されている間に、切替回路25が切り替えられて、当該周波数における第1の組の電気信号と第2の組の電気信号が、時分割で送波素子11aに供給される。この構成によれば、図9に示す送信ビームTB1、TB2は、同時に送波されず、切替回路25の切り替えに応じて交互に送波される。
<Change example 1>
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, two systems of electric signals are superposed by the superimposing
この構成によっても、上記実施形態と同様、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに従って送信回路21a、21b、22a〜22cに適用される周波数を切り替えることにより、送信ビームTB1、TB2によって、角度θ01、θ02の範囲を走査できる。よって、送波アレイ11を複数設ける必要がなく、簡易な構成により物標を検出することができる。
Also in this configuration, the angles θ01, by the transmission beams TB1 and TB2, by switching the frequencies applied to the
ただし、この構成では、送信ビームTB1、TB2が、同時に送波されず、切替回路25の切り替えに応じて交互に送波されるため、送信ビームTB1、TB2で角度θ01、θ02の範囲を走査する期間が長くなる。このため、より迅速にスキャンを行うためには、上記実施形態のように、2系統の電気信号を重畳回路24により重畳して送波素子11aに供給する構成が好ましい。
However, in this configuration, the transmission beams TB1 and TB2 are not simultaneously transmitted, but are alternately transmitted according to the switching of the switching
なお、図16の構成において、切替回路25は、たとえば、マルチプレクサや、トランジスタを用いたスイッチング回路により構成され得る。ただし、切替回路25の構成は、これに限られるものではない。たとえば、電磁駆動式のメカニカルスイッチが、切替回路25として用いられてもよい。
In the configuration of FIG. 16, the switching
なお、変更例1の構成では、グループGR1の送波素子11aとグループGR2の送波素子11aに対して、第1の組の電気信号と第2の組の電気信号が時分割で入力されため、図9の送信ビームTB1、TB2(グレーティングローブ)は、時分割で送波される。このため、図11の受信信号処理部123は、必ずしも、第1の組の電気信号に基づく受信信号と第2の組の電気信号に基づく受信信号とを周波数により抽出するための構成を備えずともよく、送信ビームTB1、TB2の送波タイミングによって、これら送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定してもよい。
In the configuration of the first modification, the first set of electric signals and the second set of electric signals are input in a time division manner to the
この場合、たとえば、制御部101は、各送波タイミングにおいて送波された送信ビームの周波数を受信信号処理部123に出力し、受信信号処理部123は、入力された周波数に基づいて、送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定すればよい。あるいは、制御部101は、各送波タイミングにおいて、送波された送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定可能な他の情報を、受信信号処理部123に送信し、受信信号処理部123は、この情報に基づいて、送波された送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定してもよい。
In this case, for example, the
<変更例2>
上記実施形態では、グループGR1およびグループGR2をそれぞれ構成する複数の送波素子11aに対して、互いに異なる位相の電気信号が入力されたが、変更例2では、グループGR1およびグループGR2をそれぞれ構成する複数の送波素子11aのうち所定数の送波素子11aに対して、同じ位相の電気信号が入力される。
<Change example 2>
In the above embodiment, electric signals having different phases are input to the plurality of transmitting
図17は、変更例2に係る送波系の構成を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to the second modification.
図17に示すように、第1のグループ構成では、6つの送波素子11aによってグループGR1が構成され、第2のグループ構成では、8つの送波素子11aによってグループGR2が構成される。グループGR1を構成する6つの送波素子11aのうち、連続する3つの送波素子11aに位相が0°の第1の組の電気信号が入力され、他の連続する3つの送波素子11aに位相が180°の第1の組の電気信号が入力される。また、グループGR2を構成する8つの送波素子11aのうち、連続する4つの送波素子11aに位相が0°の第2の組の電気信号が入力され、他の連続する4つの送波素子11aに位相が180°の第2の組の電気信号が入力される。25番目以降の送波素子11aには、1〜24番目の送波素子11aと同様の位相パターンが繰り返されるように、第1の組および第2の組の電気信号が入力される。
As shown in FIG. 17, in the first group configuration, the group GR1 is composed of the six transmitting
変更例2の構成では、グループGR1に含まれる6つの送波素子11aに対して、互いに位相が異なる2種類の電気信号が入力される。すなわち、グループGR1に含まれる送波素子11aの数(6つ)は、第1の組の電気信号の種類の数(2つ)の倍数(3倍)となっている。また、グループGR2に含まれる8つの送波素子11aに対して、互いに位相が異なる2種類の電気信号が入力される。すなわち、グループGR2に含まれる送波素子11aの数(8つ)は、第2の組の電気信号の種類の数(2つ)の倍数(4倍)となっている。なお、上記実施形態においても、グループGR1およびグループGR2にそれぞれ含まれる送波素子11aの数(4つ、6つ)は、第1の組および第2の組の電気信号の種類の数(4つ、6つ)の倍数(1倍)となっている。
In the configuration of the second modification, two types of electric signals having different phases are input to the six transmitting
第1の組の電気信号は、送信回路26と、当該送信回路26に接続された位相調整回路28によって生成される。第2の組の電気信号は、送信回路27と、当該送信回路27に接続された位相調整回路28によって生成される。位相調整回路28は、上記実施形態の位相調整回路23と同様の構成である。重畳回路29は、入力された2系統の電気信号を重畳して出力する。重畳回路29は、上記実施形態の重畳回路24と同様の構成である。
The first set of electrical signals is generated by a
送信回路26、27は、それぞれ、位相が0°の正弦波状の電気信号を出力する。送信回路26は、出力する電気信号の周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数に基づいて切り替える。第1周波数テーブルには、たとえば、130、140、150、160、170kHzの周波数が割り当てられる。送信回路27は、出力する電気信号の周波数を、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数に基づいて切り替える。第2周波数テーブルには、たとえば、135、145、155、165kHzの周波数が割り当てられる。
The
図17の構成では、グループGR1の6つの送波素子11aのうち、連続する3つの送波素子11aに同じ位相の電気信号が入力されるため、連続する3つの送波素子11aが1つの送波領域として機能する。このため、グループGR1の送波素子11aについては、連続する3つの送波素子11aにより構成される送波領域間のピッチで電気信号の位相が変化することになる。たとえば、送波素子11a間のピッチが2.5mmである場合、電気信号の位相が変化するピッチは7.5mmとなる。
In the configuration of FIG. 17, among the six
また、グループGR2の8つの送波素子11aのうち、連続する4つの送波素子11aに同じ位相の電気信号が入力されるため、連続する4つの送波素子11aが1つの送波領域として機能する。このため、グループGR2の送波素子11aについては、連続する4つの送波素子11aにより構成される送波領域間のピッチで電気信号の位相が変化することになる。たとえば、送波素子11a間のピッチが2.5mmである場合、電気信号の位相が変化するピッチは10mmとなる。
Further, since the electric signals having the same phase are input to the four
このように、変更例2では、第1の組の電気信号をグループGR1の送波素子11aに入力する場合と、第2の組の電気信号をグループGR2の送波素子11aに入力する場合とで、電気信号の位相が切り替わるピッチが異なる。これにより、グループGR1の送波素子11aにより生じるグレーティングローブの送波方向とグループGR2の送波素子11aにより生じるグレーティングローブの送波方向とが互いに異なるようになる。そして、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号の周波数をそれぞれ第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに従って変化させることにより、上記実施形態と同様、各グレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、所定の探知範囲において、2つのグレーティングローブ(送信ビーム)を走査させることができる。
As described above, in the second modification, the first set of electric signals is input to the transmitting
図18(a)〜図21(b)は、変更例2の構成においてグレーティングローブが生じる送波方向をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。 18 (a) to 21 (b) are diagrams showing the simulation results obtained by simulating the wave transmission direction in which the grating lobe is generated in the configuration of the second modification.
このシミュレーションでは、送波素子11aのピッチを2.5mmに設定した。送波素子11aの数は、96個とした。また、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号を、それぞれ、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた上記各周波数に変化させた。また、各送波素子11aに印加される電気信号の位相は、図17と同様に設定した。
In this simulation, the pitch of the
図18(a)〜図19(c)は、それぞれ、グループGR1の送波素子11aに周波数130、140、150、160、170kHzの第1の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。また、図20(a)〜図21(b)は、それぞれ、グループGR2の送波素子11aに周波数135、145、155、165kHzの第2の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。
18 (a) to 19 (c) are simulation results when a first set of electric signals having frequencies of 130, 140, 150, 160, and 170 kHz are applied to the
図18(a)〜図19(c)に示すように、グループGR1の送波素子11aに周波数130、140、150、160、170kHzの電気信号を印加した場合、互いに異なる角度D11、D12、D13、D14、D15付近にグレーティングローブが生じる。これら5のグレーティングローブは、概ね、−50°〜−36°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR1の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR1の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−50°〜−36°の範囲を走査できる。
As shown in FIGS. 18 (a) to 19 (c), when an electric signal having a frequency of 130, 140, 150, 160, 170 kHz is applied to the transmitting
また、図20(a)〜図21(b)に示すように、グループGR2の送波素子11aに周波数135、145、155、165kHzの電気信号を印加した場合は、互いに異なる角度D21、D22、D23、D24付近にグレーティングローブが生じる。これら4のグレーティングローブは、概ね、−34°〜−27°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR2の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR2の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−34°〜−27°の範囲を走査できる。
Further, as shown in FIGS. 20A to 21B, when an electric signal having a frequency of 135, 145, 155, or 165 kHz is applied to the transmitting
以上のように、上記シミュレーション条件に従うことにより、グループGR1の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね14°の角度範囲(−50°〜−36°)をカバーでき、グループGR2の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね7°の角度範囲(−34°〜−27°)をカバーできる。グループGR1、GR2による角度範囲を統合すると、概ね23°(−50°〜−27°)の角度範囲を2つのグレーティングローブによってカバーできる。すなわち、23°の視野角を実現できる。
As described above, according to the above simulation conditions, the grating lobe formed by the
したがって、変更例2の構成によっても、グループGR1の送波素子11aにより生じる一方のグレーティングローブと、グループGR2の送波素子11aにより生じる一方グレーティングローブとによって、略23°の角度範囲を走査できる。
Therefore, even with the configuration of the second modification, the angle range of approximately 23 ° can be scanned by the one grating lobe generated by the transmitting
なお、変更例2の構成では、上記各シミュレーション結果に示すように、グループGR1の送波素子11aおよびグループGR2によって、それぞれ、2つのグレーティングローブが生じる。この場合、物標の検出には、たとえば、2つのグレーティングローブのうち一方(たとえば、図18(a)〜図21(b)のシミュレーションでは、マイナス側のグレーティングローブ)のみを用いればよい。たとえば、他方のグレーティングローブが受信ビームRB0の範囲から外れるように、受信ビームRB0の角度範囲を設定すればよい。これにより、図11〜図12(b)と同様の回路構成を用いて、図13(a)〜図14の処理を行うことにより、所定の探知範囲の検出画像を表示部125に表示させることができる。
In the configuration of the second modification, as shown in the above simulation results, two grating lobes are generated by the transmitting
<その他の変更例>
上記実施形態では、図12(a)、(b)に示すように、受信信号から各周波数の周波数成分が抽出された後、ビームフォーミングの処理により各方位の信号に分離されたが、先にビームフォーミングの処理により受信信号を各方位の信号に分離し、分離後の各方位の信号に対して各周波数の周波数成分が抽出されてもよい。すなわち、図12(a)のバンドパスフィルタ203とビーム合成部204とが互いに置き換えられてもよく、また、図12(b)のFFT211および周波数抽出部212とビーム合成部204とが互いに置き換えられてもよい。
<Other changes>
In the above embodiment, as shown in FIGS. 12A and 12B, after the frequency components of each frequency are extracted from the received signal, they are separated into signals in each direction by the beam forming process, but first. The received signal may be separated into signals in each direction by the beam forming process, and the frequency components of each frequency may be extracted from the separated signals in each direction. That is, the
また、上記実施形態では、図10に示すように、受波素子31aが複数設けられたが、1つの受波素子31aのみにより反射波が受波されてもよい。ただし、この場合は、受信ビームに対するビームフォーミングが行えないため、受信ビームの方位(図10のθ1の方位)が固定される。但し、その方位の受信ビームから受信信号の周波数成分を抽出することで、鉛直方向における各方向の強度データを取得できる。よって、鉛直方向の各方向の強度データをマッピングすることで、2次元状の検知画像を表示させることができる。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 10, a plurality of receiving
また、送波素子11aの数は、上記実施形態に示された数に限らず、複数種類のグループ構成を実現可能である限りにおいて、他の数であってもよい。また、送波アレイ11に含まれる複数の送波素子11aに対して、3種以上のグループ構成が設定されてもよく、各グループに含まれる送波素子11aの数も上記実施形態および変更例に記載された数に限られるものではない。何れの場合も、グループ構成の数に応じた数のグレーティングローブが送信波として形成される。
Further, the number of the
また、各グループの送波素子11aにより形成されるグレーティングローブは、必ずしも明確に分離されていなくてもよく、一部が重なっていてもよい。
Further, the grating lobes formed by the
また、上記実施形態では、送波アレイと受波アレイが互いに垂直に配置されたが、送波アレイと受波アレイが垂直からややずれた角度で配置されてもよい。 Further, in the above embodiment, the transmitting array and the receiving array are arranged vertically to each other, but the transmitting array and the receiving array may be arranged at an angle slightly deviated from the vertical.
さらに、図14には、船2に物標検出装置1(ソナー、レーダ)が配置される場合の構成が示されたが、物標検出装置1(ソナー、レーダ)が、船2以外の移動体に設置されてもよく、あるいは、浮標等、移動体以外の構造物に物標検出装置1(ソナー、レーダ)が設置されてもよい。
Further, FIG. 14 shows a configuration in which the target detection device 1 (sonar, radar) is arranged on the
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜種々の変更可能である。 In addition, various modifications of the embodiment of the present invention can be made as appropriate within the scope of the claims.
1 物標検出装置
11 送波アレイ
11a 送波素子
24 重畳回路
25 切替回路
31 受波アレイ
31a 受波素子
101 制御部
111 信号生成部
123 受信信号処理部
GR1 第1グループ
GR2 第2グループ
1
Claims (19)
電気信号を送信波に変換する複数の送波素子を有する送波アレイと、
電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成する信号生成部と、
を備え、
前記信号生成部は、
前記複数の送波素子を、第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化し、
前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、
前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、
前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、
前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する、物標検出装置。 In the target detection device
A transmission array with multiple transmission elements that convert electrical signals into transmission waves,
A signal generation unit that generates a plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set with different phase settings for each set. ,
With
The signal generator
The plurality of wave transmitting elements are grouped according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration.
In the first group configuration, the plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having n of the transmitter elements.
In the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitting elements different from the n.
An electric signal of the first set is input to each group of the first group configuration.
A target detection device that inputs the second set of electric signals to each group having the second group configuration.
前記信号生成部は、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第1の組の電気信号を生成し、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第2の組の電気信号を生成する、物標検出装置。 In the target detection device according to claim 1,
The signal generation unit generates the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals, and generates the second set of electric signals having the same phase shift between the electric signals. Detection device.
前記第1のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子と、前記第2のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子とは、同じである、物標検出装置。 In the target detection device according to claim 1 or 2.
The target detection device, wherein the plurality of transmitting elements used in the first group configuration and the plurality of transmitting elements used in the second group configuration are the same.
前記複数の送波素子は、等間隔で配置されている、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 3,
A target detection device in which the plurality of wave transmitting elements are arranged at equal intervals.
前記nは、前記第1の組の電気信号の数の倍数である、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 4,
The target detection device, wherein n is a multiple of the number of electric signals of the first set.
前記mは、前記第2の組の電気信号の数の倍数である、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 5,
The target detection device, wherein m is a multiple of the number of electric signals of the second set.
前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を前記複数の送波素子に入力する重畳回路をさらに備える、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 6,
A target detection device further comprising a superimposing circuit that superimposes the first set of electric signals and the second set of electric signals and inputs the superposed electric signals to the plurality of transmitting elements.
前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とが入力され、まず、前記第1の組の電気信号を前記送波アレイに出力し、次に、前記第2の組の電気信号を前記送波アレイに出力する切替回路をさらに備える、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 6,
The first set of electric signals and the second set of electric signals are input, first, the first set of electric signals is output to the wave transmission array, and then the second set of electric signals is output. A target detection device further including a switching circuit for outputting an electric signal to the wave transmission array.
前記第1の組の電気信号の周波数と前記第2の組の電気信号の周波数は、異なる、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 8.
A target detection device in which the frequencies of the first set of electric signals and the frequencies of the second set of electric signals are different.
前記信号生成部は、前記第1の組の電気信号および前記第2の組の電気信号の周波数を変化させる、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 9,
The signal generation unit is a target detection device that changes the frequencies of the first set of electric signals and the second set of electric signals.
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも1つの受波素子を含む受波アレイをさらに備える、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 10.
A target detection device further comprising a receiving array including at least one receiving element that receives a reflected wave generated by reflection of the transmitted wave in a target and converts the reflected wave into a received signal.
前記受信信号を処理する受信信号処理部をさらに備え、
前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数成分に基づいて、当該周波数に対応する前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する、物標検出装置。 In the target detection device according to claim 11,
A reception signal processing unit that processes the reception signal is further provided.
The reception signal processing unit is a target detection device that extracts an isofrequency reception signal based on the reflected wave corresponding to the frequency based on the frequency component of the reception signal.
前記受信信号処理部は、
互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。 In the target detection device according to claim 12,
The received signal processing unit
A target detection device that acquires the same frequency reception signal corresponding to each frequency by extracting a plurality of frequency components extracted at different frequencies from the reception signal.
前記受信信号処理部は、
前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。 In the target detection device according to claim 12,
The received signal processing unit
The frequency spectrum of the received signal is calculated and
A target detection device that acquires the same frequency reception signal corresponding to each frequency based on the frequency spectrum.
前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出する、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 12 to 14,
The receiving array includes a plurality of receiving elements and includes a plurality of receiving elements.
The received signal processing unit executes beamforming based on the received signal generated from each of the receiving elements, and calculates the direction of arrival of the reflected wave from the target based on the beam forming, target detection. apparatus.
前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受波アレイは、前記送波アレイと異なり、
前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記送波アレイにより生成される送信ビームと交差する、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 11 to 15.
The receiving array includes a plurality of receiving elements and includes a plurality of receiving elements.
The wave receiving array is different from the wave transmitting array.
A target detection device in which a received beam generated based on a received signal generated from each of the receiving elements intersects a transmitting beam generated by the transmitting array.
前記物標検出装置は、水中の物標を検出するソナーである、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 16.
The target detection device is a target detection device that is a sonar that detects a target in water.
前記物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダである、物標検出装置。 In the target detection device according to any one of claims 1 to 16.
The target detection device is a target detection device that is a radar that detects a target in the air.
前記送信波の送波のために前記送波アレイは、
前記複数の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化され、
前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、
前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、
前記物標検出方法は、
電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成し、
前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、
前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する、物標検出方法。 In a target detection method for detecting a target by transmitting a transmitted wave from a transmission array having a plurality of transmitting elements that convert an electric signal into a transmitted wave.
Due to the transmission of the transmitted wave, the wave array is
The plurality of wave transmitting elements are grouped according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration.
In the first group configuration, the plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having n of the transmitter elements.
In the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitting elements different from the n.
The target detection method is
A plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set are generated by different phase settings for each set.
An electric signal of the first set is input to each group of the first group configuration.
A target detection method in which the second set of electric signals is input to each group having the second group configuration.
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